万花镜
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    品牌音乐地理汽车明星内地歌手植物

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    2016年3月28日 作者:每日科学
    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    点击上方“数学英才”可以订阅哦!

    凝视着夜空,宇宙似乎是复杂和神秘的。很难想象的是,数学可以如此简单地解释十分复杂的东西,使得即便孩子也可以理解。但是,这并没有阻止人们偶尔尝试一番。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    太阳系里存在一个特定的模式吗?图片为太阳及其行星的概念画。

    图片来源:NASA Jet Propulsion Laboratory.

    例如,在学校里,我经常被给一个数列,要求寻找能让我延续该序列的数学模式。这有一例:

    0,1,2,4,8,16,32

    显然这个序列是先添加1到0,然后它的每一个数加倍,得到下一个数。因此,序列应以64,128,256等继续。现在,我们有

    0,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512

    这似乎是很基本的,也不是特别有趣的。所以可以想象,当我在一个短暂的时期内发现这个表达式的一个修改版本似乎非常接近于解释宇宙,我是如何的惊喜!

    下面告诉如何做到这点。

    将序列中的每个数乘上3:

    0,3,6,12,24,48,96,192,384,768,1024

    将序列中的每个数乘上3:

    4,7,10,16,28,52,100,196,388,772,1028

    最后,每个数除以10:

    0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6,38.8,77.2,102.8

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    戴维·提丢斯(左) 和 约翰·波得

    为什么我做这一切呢?好吧,1766年,德国天文学家Johann Daniel Titius发现该序列似乎能说明当时已知的每个行星与太阳之间的平均距离(行星的轨道是椭圆形的,所以它到太阳的距离各不相同,因此天文学家取平均)。他的同胞Johann Bode是柏林天文台的台长,让他的观察广为人知,现在就称为Titius-Bode规则(简称:“波得定律”)。

    地球距离太阳约有150万公里远,称为1天文单位(AU)。地球是太阳第三远的行星。水星是最靠近太阳的行星,其次是金星。

    猜猜看:

    水星距离太阳0.39AU。

    金星距离太阳0.72AU。

    火星距离太阳1.52AU。

    当时已知仅有的其他行星是木星和土星。

    木星距离太阳5.2AU。

    土星距离太阳9.54AU。

    这些距离非常接近我们序列中的第六和第七个数。因此,看来是有描述行星与太阳距离的一个美丽的简单模式。当然,也有一定的差距。该序列预测存在一颗与太阳距离约为2.8AU的行星。Titius和Bode两人都深信,必须有另一颗行星位于火星和木星之间。他们认为上帝若将该空间浪费而破坏他们的模型,这几乎是不可信的。

    除了预测火星和木星之间存在行星外,Titius-Bode规则还预测,如果有比土星更远的行星,它则会距离太阳大约19.6AU------是土星与太阳距离的双倍。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    一副天王星和天王星环的概念图。图片来源:NASA Ames Research Centre.

    然后,在1781年,非同寻常的事情发生了------出生在德国的一个业余天文学家William Herschel,住在Bath,他用自制的望远镜发现了一颗行星,从而作为行星的第一个现代发现者而在历史书中赢得一席。但是,Johann Bode一定会感到相当得意的。首先,行星的称谓最终选择的是他的命名------天王星,这推翻了Herschel以英王乔治三世命名的愿望(有一颗行星叫乔治,那岂不是有点怪异?)。其次,天王星非常接近Titius-Bode规则所规定的地方,在与太阳相距19.2AU的轨道上运行。

    预测一个未知的星球的轨道,给了这个规则更多的信誉,并开始了寻找火星和木星之间“丢失的星球”。然后,意大利的天文学家Guiseppe Piazzi在1801年的元旦发现了谷神星。它的轨道距离太阳2.8AU,正是Titius-Bode法则所预测的。

    Titius-Bode规则两次成功的预测,似乎真的揭示了宇宙是如何被制造的秘密。然而,令人遗憾的是,原来被认为规则精彩(或者用两点)之处的预测,慢慢地开始引起了怀疑。

    第一个问题是,作为行星,谷神星是很小的。认为自己发现了一个恰当星球的William Herschel,创造了小行星这个词来形容谷神星。随着时间的推移,越来越清晰地表明它只是火星和木星之间所谓的小行星带中的许多物体之一。从19世纪60年代以来,谷神星已经不再被认为是一颗行星。不过,有人会说,如果这些小物体没有被木星的引力打乱,它们会形成一个星球。

    第二个问题是,又一颗新的行星于1846年被发现,但是在错误的地方!根据Titius-Bode规则,海王星应在距离太阳38.8AU处发现。事实上,实际距离较预期值近得多。

    然后,在1930年,Clyde Tombaugh发现了冥王星,和太阳相距40AU。随着越来越多的发现,该规则被打破,如所列表格显示的(表中*表示不再认为是行星)。

    一个几乎可以解释宇宙的数学公式

    *表示不再被视为太阳系的行星

    今天,Titius-Bode规则已经成为过去式,没有人再会认真地对待它。这个昙花一现的几乎成为科学定律的想法,被进一步的数据证明击倒了。它的初始发现仅是巧合,而人们抓住它相信它确实过于仓促!尽管这是一个美丽的巧合,但巧合很难成为定律!

    事实上宇宙的奥秘,比如宇宙以及行星到底是如何形成的,我们至今仍然知之甚少。但我们也不排除这样的可能性:或许有一天,上述的那个被证明失败的规则会以某种形式复活,当然要经过适当的形式予以修正了。有趣的是,有人已发现某些卫星根据类似的规则围绕着行星分布;虽然这些发现可能仍然是局部的巧合。但在科学研究中,我们可以相信有些死去的想法在适当的条件下确实可以复活!

    选载自善科文库

    作者: Sophie Butchart

    翻译: 丁玖,密执安州立大学博士,南密西西比大学数学教授

    校对: 汤涛,香港浸会大学数学讲座教授

    数学英才

    中学生英才计划

    数学学科官方公众号

    推送数学微慕课和学习资料

    微信号:shuxueyingcai

    位置:首页 > 探索
    阿宅2016/4/7 8:56

    数学公式真可以解释宇宙吗?不懂0、1是二进制的基数吧,比如:1001、0110、0011分别对应十进制的9、6、3,那就用计算机去算宇宙吧!

    佳宁2016/4/7 7:12

    150万公里,小编估计骨头渣渣都不剩了,

    我是女孩2016/4/7 5:34

    太阳和地球距离1亿5000万公里月亮和地球38万公里地球半径6400公里

    坏小子不坏2016/4/6 13:38

    这就是典型的不懂装懂!没有天文知识就不要出来装逼了好吗!说你是砖家都侮辱了禽兽!

    不再回忆2016/4/5 15:13

    土星呢,那个谷神星是土星??

    冷大大2016/4/4 20:15

    光速每秒30万公里,太阳光到地球八分钟,有多遠坭?别人讲错了?

    加载更多评论...
    本类推荐
    盘点史上日食引发的3大发现和3大受骗
    盘点史上日食引发的3大发现和3大受骗

    当地时间8月21日,美国本土大范围地区可见的日全食促使上百万人前往全食带——月亮和太阳排成一条直线,使陆地陷入黑暗长达2分40秒。2008年,在一次西伯利亚可见的日食期间,一名女性在部分被遮挡的太阳前举着一个滤光器。

    中国“人造太阳”技术大突破,成为世界首个实现国家
    中国“人造太阳”技术大突破,成为世界首个实现国家

    我们知道,中国在各领域的发展极为迅猛,尤其是在近几年来,频频传出捷讯,在某些领域赶上美俄甚至超越美俄,做到全球首个的技术,像这段时间极为受到关注的量子技术,就是美俄没有的技术。而在近日,又传出消息,中国又一次成为了“世界首个”...

    宇宙中最大的恒星:如果把它比作地球,地球简直就是乒乓球
    宇宙中最大的恒星:如果把它比作地球,地球简直就是乒乓球

    作者:月光寒宇宙这么大,你应该知道点什么恒星,是宇宙中最基本的天体。宇宙中存在着无数多的星系,每个星系又有无数多的恒星。所以,恒星的总数量是十分恐怖的。常言道,有存在就会有对比。既然宇宙中有这么多的恒星,那么人们自然想找到一个最大的恒星。

    要比拼观看日食的热情和毅力还得说是咱科学家
    要比拼观看日食的热情和毅力还得说是咱科学家

    出品:科普中国制作:中国科学院云南天文台邓林华监制:中国科学院计算机网络信息中心图1:美国摄影师Ted Hesser在俄勒冈州拍摄的浪漫日全食盛景美国时间2017年8月21日,美国大陆出现了全民望日的盛大景象,数以千万计的美国民众和天文学家见证了此次超级日全食事件。

    太阳也选“接班人”?科学家称数十亿年后它将接替太阳照亮太阳系
    太阳也选“接班人”?科学家称数十亿年后它将接替太阳照亮太阳系

    22年前,也就是1995年的时候,世界上多位科学家均发现太阳光球层的温度从6000℃降至5200℃,甚至美国的柏雷思博士还发现太阳日冕的温度与1992年相比下降了20万度,这些变化,他们归结为太阳内部的核反应强度和次数正在衰减。

    太阳君档案揭秘:它是这样诞生和老去的
    太阳君档案揭秘:它是这样诞生和老去的

    出品:科普中国制作:Sym cheng监制:中国科学院计算机网络信息中心我们的太阳君大概就是这样子,反正我觉得美翻了~太阳君,与地球距离一亿四千九百六十万公里。这个距离意味着,你看到的太阳都是八分钟前的太阳,因为光通过这个距离要走八分钟。

    最熟悉的陌生星球-太阳
    最熟悉的陌生星球-太阳

    “国家空间科学中心”可以订阅哦!文/云南天文台 邓林华太阳是太阳系中的主导星体,也是赋予和延续地球生命的天体。太阳是一颗球对称和相对稳定的恒星,其在稳定均匀地向四面八方辐射能量的同时,也会伴随时间较为短暂但释放巨大能量的爆发事件。

    我们生存在一个宇宙级的定时炸弹旁边
    我们生存在一个宇宙级的定时炸弹旁边

    太阳是我们所赖以生存的恒星,放眼宇宙之中,太阳其实是宇宙中非常普通的一颗恒星,我们地球生命的存在,很大程度上依赖于太阳光的,照射和温度,不过太阳的照射并不是永恒的,太阳也在逐步的膨胀,科学家表示,太阳持续不断的膨胀...

    日食是太阳和月亮在OOXX?古人的脑洞……真清奇啊!
    日食是太阳和月亮在OOXX?古人的脑洞……真清奇啊!

    本月21号,美国迎来了罕见的超级日全食,全国人民举国欢腾,开启了一波日食大趴体,还有企业给员工放了“观赏日食假”……(请问贵公司还缺人吗?)人们纷纷戴上观测眼镜看日食。生活在21世纪科技文明发达的时代...

    你只见过《太阳的后裔》里的情意绵绵,却没看到过他们场下的努力
    你只见过《太阳的后裔》里的情意绵绵,却没看到过他们场下的努力

    最近最火的电视剧莫过于《太阳的后裔》了,最近小编也在追追追,特意去充了某视频网站的会员。被宋仲基的撩妹技巧深深倾倒,也被宋慧乔的才情和样貌深深折服。剧组演员不仅在电视剧里团结一心,在电视剧场外也是很好的朋友哦~宋仲基和wli亚洲小王子李光洙...

    揭示太阳壮观而悲壮的死亡过程,50亿年人类能见证这一刻吗?
    揭示太阳壮观而悲壮的死亡过程,50亿年人类能见证这一刻吗?

    体积不只决定恒星寿命的长短,还会决定它的死亡方式。大质量恒星在剧烈的爆炸中消亡,而小的恒星却注定要慢慢的消失。经过50亿年,我们的太阳是中年的较小恒星,它一直在消耗这氢元素。科学家们预计,50亿年后,太阳就会来到它生命的十字路口...

    《太阳的后裔》让人心动的经典台词!
    《太阳的后裔》让人心动的经典台词!

    保护美女、老人和孩子这句应该是刘时镇在剧里最常讲的台词了!有没有人也想让刘大蔚保护呢?医生的话肯定没有男朋友了?两人从第一次见面就确认了对方没有恋人的事情,也算是罗曼史进展的开始。和美女坐在一起,而且马上要熄灯两人根本都是「选手」啊!

    延伸热词
    首页社会国际娱乐科技时尚军事汽车探索美食旅游历史健康育儿
    万花镜 版权所有 京ICP备14059027号
    值班QQ:3012642954
    邮箱:wanhuajingnews@qq.com